中國空間站有多大？
根據(jù)載人航天辦公室介紹，中國空間站一期將包括一個核心艙以及兩個實(shí)驗艙，每個艙段大約22噸重。
同時，在中國空間站建成以后，將長期停靠一艘神舟載人飛船以及一艘天舟貨運(yùn)飛船，神舟載人飛船重8噸，天舟貨運(yùn)飛船重13噸。
（中國空間站一期示意圖）
也就是說中國空間站一期建成以后，總重量大約在80-90噸。
一些對航天有了解的讀者可能知道，國際空間站總重超過400噸，遠(yuǎn)比中國空間站一期要重。
中國空間站未來能夠擴(kuò)展到國際空間站那么重嗎？中國空間站會不會因為比國際空間站輕就比不上呢？
1
二期建設(shè)——中國空間站的擴(kuò)展計劃
首先，中國空間站有相應(yīng)的擴(kuò)展計劃，這就是中國空間站二期建設(shè)工程。
就像很多小區(qū)分一期二期一樣，中國空間站也分一期建設(shè)工程和二期建設(shè)工程。一期建設(shè)工程我們在開頭就已經(jīng)介紹過了。
而二期建設(shè)工程就是再發(fā)射三個艙段，同時把天舟和神舟飛船長期駐留數(shù)量也翻倍，這樣二期建設(shè)工程結(jié)束以后，中國空間站總重將會達(dá)到170噸。
（中國空間站二期設(shè)計）
目前，“神舟13號”的三名航天員已經(jīng)在“天和”號核心艙里面生活了五個月左右，“天和”號核心艙表現(xiàn)出色。
而“天和”號核心艙有一個孿生兄弟，就是核心艙備份艙。
根據(jù)空間站建設(shè)計劃，“神舟13號”的航天員要對“天和”核心艙進(jìn)行全面的檢查和評估，判斷“天和”核心艙是否能夠勝任中國空間站的核心艙任務(wù)。
打個比方，這就是“天和”核心艙的轉(zhuǎn)正考試，只有通過考試才能正式成為中國空間站的核心艙。
（發(fā)射前的“天和”核心艙）
如果“天和”號核心艙不能通過考試，就要發(fā)射核心艙備份艙，視情況決定是要放棄“天和”號核心艙，還是把“天和”號作為普通艙段對接到核心艙備份艙上。
當(dāng)然，現(xiàn)在看來“天和”號核心艙的表現(xiàn)令人非常滿意，通過轉(zhuǎn)正考試基本沒有問題。
這時候，在地面的核心艙備份艙就將會轉(zhuǎn)變身份，作為中國空間站二期建設(shè)工程的艙段使用。
核心艙備份艙將會對接到“天和”號核心艙的前向?qū)涌谏?，就像是兩個核心艙串起來一樣。
核心艙備份艙將會給中國空間站帶來幾個新的對接口，隨后兩個新的實(shí)驗艙將會和核心艙備份艙對接，把中國空間站從“T”型擴(kuò)展為“干”型。
這就是計劃中的中國空間站二期建設(shè)方案。
2
先進(jìn)？不，恰恰是落后——國際空間站桁架
很多人都對國際空間站的桁架有誤解。
首先，國際空間站的桁架對于國際空間站艙段之間的連接，沒有任何的強(qiáng)度增強(qiáng)效果。
很多所謂科普都說桁架能夠增強(qiáng)艙段之間的連接，但是整個國際空間站的桁架只和“命運(yùn)”號實(shí)驗艙連接，而其他艙段和桁架之間都沒有連接。
（國際空間站的桁架只連接了一個艙段）
其他艙段都沒有和桁架連接，那桁架能夠增強(qiáng)艙段連接又從何談起呢？
事實(shí)上，國際空間站的艙段呈“一”字布局，吊掛在桁架下方，相互之間的連接靠的是艙段之間的對接口。
桁架真正的作用是為了布置國際空間站的太陽能電池板，以及給許多設(shè)備提供安裝空間。
比如國際空間站的機(jī)械臂就安裝在桁架上，有一個滑軌小車可以讓機(jī)械臂在桁架上進(jìn)行移動，擴(kuò)展了機(jī)械臂的工作范圍。
（國際空間站的機(jī)械臂）
其次，國際空間站的桁架給國際空間站帶來了不少死重，國際空間站400噸的重量，有接近一半的重量來自桁架。
很多人把國際空間站的桁架視作國際空間站先進(jìn)的象征，但事實(shí)上，國際空間站的桁架是二十年前設(shè)計建造的。
在當(dāng)時的設(shè)計、材料和加工工藝水平下，國際空間站的桁架為了保持足夠的強(qiáng)度，其重量可不小。
（桁架是國際空間站的標(biāo)志性特征）
而且，因為國際空間站的桁架，整個國際空間站的重心偏離推進(jìn)系統(tǒng)的推力中心。
也就是說，國際空間站每一次進(jìn)行軌道維持機(jī)動的時候，都有一部分燃料浪費(fèi)在修正推力中心和空間站重心之間的偏差上。
所以國際空間站的桁架不是什么先進(jìn)的象征，反而是國際空間站上最落后的地方。
以現(xiàn)在的技術(shù)水平，在滿足國際空間站的使用需求下，完全可以設(shè)計出重量輕得多的輕型桁架。
3
真正的先進(jìn)——中國空間站的
輕型桁架與太陽能電池板
而且，中國空間站又不是沒有桁架，并且中國空間站的桁架設(shè)計比國際空間站先進(jìn)多了。
在中國空間站一期建設(shè)過程中，當(dāng)“問天”、“夢天”兩個實(shí)驗艙發(fā)射對接以后，中國航天員就要開始進(jìn)行一項艙外作業(yè)。
（中國空間站一期與國際空間站的對比）
在兩個實(shí)驗艙尾部，安裝有一個輕型桁架，這個桁架作用和國際空間站上的桁架是一樣的，都是為了布置太陽能電池板。
實(shí)驗艙的太陽能電池板就是布置在這個桁架上的。而航天員的任務(wù)，是把原本安裝在核心艙上的太陽能電池板拆下來，轉(zhuǎn)移到實(shí)驗艙的尾部。
這樣做的原因是，在實(shí)驗艙對接以后，實(shí)驗艙會阻擋一部分的陽光，導(dǎo)致核心艙太陽能電池板發(fā)電效率降低。
蘇聯(lián)的“和平”號空間站，在服役后期艙段多了以后，就出現(xiàn)了嚴(yán)重的太陽能電池板遮擋問題。
（蘇聯(lián)“和平”號空間站）
所以要把核心艙的太陽能電池板轉(zhuǎn)移到實(shí)驗艙的輕型桁架上，保證太陽能電池板的發(fā)電效率。
中國空間站二期建設(shè)的三個艙段到位以后，同樣要進(jìn)行轉(zhuǎn)移太陽能電池板的行動。
而在空間站二期建設(shè)完成以后，中國空間站的太陽能電池板面積將會達(dá)到國際空間站的百分之八十，而且同樣不存在遮擋問題。
（中國空間站二期，太陽能電池板面積接近國際空間站）
中國空間站利用“T”型布局的艙段，大大減少了桁架的長度，同時使用新的材料和設(shè)計，讓桁架重量大幅度下降。
國際空間站的太陽能電池板，大部分是光電轉(zhuǎn)化效率百分之22的上一代太陽能電池板，只有兩個新的太陽能電池板效率達(dá)到百分之32。
而中國空間站的太陽能電池板全部都是百分之30光電轉(zhuǎn)化效率的新一代太陽能電池板，這讓中國空間站的發(fā)電能力和國際空間站相差無幾。
4
科研能力——近地軌道空間站的根本
目前，近地軌道空間站的主要任務(wù)，是進(jìn)行各種各樣的科學(xué)實(shí)驗。
所以要衡量一個空間站的水平，就要看空間站的科學(xué)實(shí)驗?zāi)芰?/strong>。而決定空間站科學(xué)實(shí)驗?zāi)芰Φ闹饕蛩?，就是空間站艙段中實(shí)驗艙的水平。
國際空間站目前有四個實(shí)驗艙，分別是美國的“命運(yùn)”號實(shí)驗艙，歐洲的“哥倫布”號實(shí)驗艙，日本的“希望”實(shí)驗艙以及俄羅斯“科學(xué)”號實(shí)驗艙。
（國際空間站上的“哥倫布”號實(shí)驗艙）
這里面，“命運(yùn)”“哥倫布”“希望”都是較為先進(jìn)的實(shí)驗艙，而去年剛剛發(fā)射的“科學(xué)”號實(shí)驗艙卻是最落后的一個，因為它是上世紀(jì)90年代建造的。
國際空間站有十多個艙段，卻只有四個實(shí)驗艙，主要原因有兩個方面。
首先，國際空間站比較注重擴(kuò)展性，有五六個艙段是節(jié)點(diǎn)艙，這些節(jié)點(diǎn)艙占據(jù)了國際空間站不少位置。
同時也是因為擴(kuò)展性的理念，國際空間站上還有諸如“萊納昂多”這樣的多功能艙，所以國際空間站上實(shí)驗艙數(shù)量占比不高。
其次是俄羅斯艙段缺乏科研能力，而且原計劃的兩個俄羅斯實(shí)驗艙，直到現(xiàn)在才發(fā)射了一個“科學(xué)”號。
（“科學(xué)”號在2021年7月發(fā)射升空）
而中國空間站一期是一個核心艙和兩個實(shí)驗艙，二期是兩個核心艙和四個實(shí)驗艙，在總艙段只有六個的時候，就以及有四個實(shí)驗艙。
而且這些都是和“命運(yùn)”等實(shí)驗艙一個水平，甚至要更加先進(jìn)的實(shí)驗艙。
所以規(guī)模比國際空間站小很多的中國空間站，在科學(xué)實(shí)驗?zāi)芰ι喜⒉槐葒H空間站差，甚至更好。
國際空間站一共有33個標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗機(jī)柜，其中“命運(yùn)”號13個，“哥倫布”號10個，“希望”號10個，而“科學(xué)”號并沒有標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗機(jī)柜。
（“問天”號實(shí)驗艙結(jié)構(gòu)）
中國空間站一期有26個標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗機(jī)柜，其中“天和”號4個，“問天”號9個，“夢天”號13個。
二期空間站建設(shè)將會把上面這些機(jī)柜數(shù)量翻一倍，總數(shù)可能會達(dá)到52個，遠(yuǎn)比國際空間站多。
所以，在科學(xué)研究能力上，中國空間站二期建設(shè)完成以后，將會超過國際空間站。
當(dāng)然，這也是因為中國空間站沒有額外的節(jié)點(diǎn)艙，全靠兩個核心艙提供對接口，這也讓中國空間站的擴(kuò)展能力比國際空間站要差不少。
5
多樣和統(tǒng)一——空間站的對接口
國際空間站作為“國際”空間站，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是擴(kuò)展性強(qiáng)，功能豐富。
但同時國際空間站也面臨一個很大的問題，那就是國際空間站上有多達(dá)三種對接口，而每一種對接口之間互不兼容。
首先，俄羅斯艙段以及俄羅斯的“聯(lián)盟”載人飛船、“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船使用的是錐-桿式對接口。
然后，美國飛船，比如“龍”載人飛船，“天鵝座”貨運(yùn)飛船，使用的是APAS-95對接口。
（“龍”飛船是美國現(xiàn)在主要的載人飛船）
最后，美國、歐洲以及日本的艙段之間，使用的是CBM大型對接口。
這使得國際空間站雖然有多達(dá)8個對接口，但其實(shí)具體到每一種對接口上也不多。
CBM大型對接口只能使用在艙段之間的連接，要通過PMA對接適配艙轉(zhuǎn)換成錐-桿對接口或者APAS-95對接口，才能讓飛船進(jìn)行對接。
（航天飛機(jī)同樣通過PMA（紅框內(nèi)黑色艙段）進(jìn)行對接）
這使得國際空間站上經(jīng)常出現(xiàn)對接口緊張的局面。
比如因為APAS-95對接口資源緊張，歐洲在發(fā)射ATV貨運(yùn)飛船的時候，不得不放棄熟悉的APAS-95對接口，轉(zhuǎn)而使用俄羅斯的錐-桿對接口。
而中國空間站就沒有這個問題。從“天宮一號”和“神舟8號”開始，中國空間站始終使用同一種對接口。
包括空間站艙段，“神舟”載人飛船，“天舟”貨運(yùn)飛船以及新一代載人飛船，都是使用同樣的對接口。
（中國新一代載人飛船）
這種對接口和APAS-95對接口相似，但是電氣線路設(shè)計有一些不同，所以要讓使用APAS-95直接對接中國空間站是不可行的。
中國對接口在結(jié)構(gòu)上基本一致，只是為了能夠減輕一些重量，用來進(jìn)行艙段連接的對接口取消了自動對接裝置，稱為停泊口。
中國空間站一期的兩個實(shí)驗艙，就將對接在停泊口上。取消了自動對接裝置，實(shí)驗艙又要怎么接上停泊口呢？
（“夢天”號實(shí)驗艙）
首先，實(shí)驗艙發(fā)射以后，先和核心艙正面的對接口進(jìn)行自動對接，這個對接口是裝有自動對接系統(tǒng)的。
對接完成以后，航天員就要操縱機(jī)械臂，把正面的實(shí)驗艙轉(zhuǎn)移到側(cè)面進(jìn)行對接。這樣，在機(jī)械臂的幫助下，沒有自動對接系統(tǒng)也能順利完成接上停泊口。
6
未來——中國空間站即將建成
目前，“神舟13號”的航天員還在太空中開展各種科研實(shí)驗。
按照計劃，“神舟13號”乘組將會在4月返回地面。隨后“神舟14號”將會在五月發(fā)射升空。
（“神舟14號”將在五月份發(fā)射）
在“神舟14號”成員組停留太空的六個月中，將會迎來中國空間站一期建設(shè)的兩個實(shí)驗艙。
“問天”號實(shí)驗艙計劃在7月份，由長征5號B運(yùn)載火箭從海南文昌發(fā)射場發(fā)射升空。
“夢天”號實(shí)驗艙則是計劃在9月份進(jìn)行發(fā)射，同樣由長征5號B運(yùn)載火箭進(jìn)行發(fā)射。
也就是說，在今年我們就將看到中國空間站一期建設(shè)完成。
（即將發(fā)射的“問天”號實(shí)驗艙）
而二期建設(shè)方案還在討論之中，計劃上將在2024年到2025年開展中國空間站二期建設(shè)工作。
在不遠(yuǎn)的將來，我們就能夠看到完全體的中國空間站劃過天空，這是一座性能完全不輸，甚至超過國際空間站的中國空間站。
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